Ru‐ and Cl‐Codoped Li3V2(PO4)3 with Enhanced Performance for Lithium‐Ion Batteries in a Wide Temperature Range

材料科学 锂(药物) 电化学 扩散 大气温度范围 离子 阴极 兴奋剂 氧化还原 分析化学(期刊) 化学工程 物理化学 电极 光电子学 化学 热力学 有机化学 医学 物理 工程类 冶金 内分泌学
作者
Min-Xia Liang,Longgang Li,Xiang Cui,Shuo Qi,Lei Wang,Hanghang Dong,Xianfei Chen,Yong Wang,Shuangqiang Chen,Guoxiu Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (29): e2202151-e2202151 被引量:29
标识
DOI:10.1002/smll.202202151
摘要

Abstract Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 (LVP) is a promising cathode material for lithium‐ion batteries, especially when used in a wide temperature range, due to its high intrinsic ionic mobility and theoretical capacity. Herein, Ru‐ and Cl‐codoped Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 (LVP‐Ru x ‐Cl 3 x ) coated with/without a nitrogen‐doped carbon (NC) layer are synthesized. Among them, the optimized sample (LVP‐Ru 0.05 ‐Cl 0.15 @NC) delivers remarkable performances at both room temperature and extreme temperatures (−40, 25, and 60 °C), indicating temperature adaptability. It achieves intriguing capacities (49 mAh g −1 at −40 °C, 128 mAh g −1 at 25 °C, and 123 mAh g −1 at 60 °C, all at 0.5 C), long cycle life (94% capacity retention after 2000 cycles at 25 °C and 5 C), and high‐rate capabilities (up to 20 C). The structural evolution features and capacity loss mechanisms of LVP‐Ru 0.05 ‐Cl 0.15 @NC are further investigated using in situ X‐ray diffraction (XRD) at different temperatures (−10, 25, and 60 °C) during redox reactions. Theoretical calculations elucidate that Ru‐ and Cl‐codoping can greatly improve the intrinsic diffusion coefficient of LVP by reducing its bandgap energy and lowering the energy barrier of lithium‐ion diffusion. In “all‐weather” conditions, the dual‐element co‐doping strategy is critical for increasing electrochemical performance.
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